Il mantello terrestre, lo strato tra la crosta e il nucleo esterno, ospita un brodo primordiale persino più antico della luna. Tra gli ingredienti principali c'è l'elio-3 (He-3), un vestigio del Big Bang e delle reazioni di fusione nucleare nelle stelle. E il mantello è la sua unica fonte terrestre.

Gli scienziati che studiano gli hotspot vulcanici ne hanno una forte evidenza, trovando elio-3 alto rispetto all'elio-4 in alcuni pennacchi, le risorgive dal profondo mantello terrestre. Serbatoi primordiali nelle profondità della Terra, campionati da un piccolo numero di hotspot vulcanici a livello globale, hanno questa antica firma He-3/4.

Ispirato da un documento del 2012 che proponeva una correlazione tra tali punti caldi e la velocità delle onde sismiche che si muovono attraverso l'interno della Terra, Il geochimico della UC Santa Barbara Matthew Jackson ha collaborato con gli autori del documento originale - Thorsten Becker dell'Università del Texas ad Austin e Jasper Konter dell'Università delle Hawaii - per dimostrare che solo i punti caldi più caldi con la velocità delle onde più lenta attingono dal serbatoio primitivo formatosi all'inizio della storia del pianeta. I loro risultati appaiono sulla rivista Natura .

"Abbiamo usato la sismologia del mantello superficiale, la velocità con cui le onde sismiche viaggiano attraverso la Terra al di sotto della sua crosta, per fare inferenze sul mantello più profondo, " ha detto Jackson, un assistente professore nel Dipartimento di Scienze della Terra dell'UCSB. "A 200 km, il mantello superficiale ha la più grande variabilità delle velocità sismiche, più del 6%, che è molto. Cosa c'è di più, quella variabilità, che ipotizziamo si riferisca alla temperatura, correla con He-3."

Per il loro studio, i ricercatori hanno utilizzato gli ultimi modelli sismici della struttura della velocità della Terra e 35 anni di dati sull'elio. Quando hanno confrontato gli hotspot oceanici con alti livelli di He-3/4 con le velocità delle onde sismiche, hanno scoperto che questi rappresentano i punti caldi più caldi, con onde sismiche che si muovono più lentamente rispetto alle zone più fredde. Hanno anche analizzato il flusso di galleggiamento dell'hotspot, che può essere utilizzato per misurare la quantità di fusione prodotta da un particolare hotspot. Alle Hawaii, le isole Galapagos, Samoa e Isola di Pasqua così come in Islanda, gli hotspot avevano alti livelli di galleggiamento, confermando una regola fondamentale della fisica:il più caldo, il più vivace.

"Abbiamo scoperto che maggiore è il flusso di galleggiamento dell'hotspot, più fusione produceva un hotspot e più era probabile che avesse un alto He-3/4, "Ha detto Jackson. "I pennacchi più caldi non solo hanno una velocità sismica più lenta e un flusso di galleggiamento più alto dell'hotspot, sono anche quelli con il più alto He-3/4. Tutto questo si lega bene ed è la prima volta che He-3/4 è stato correlato con velocità del mantello superficiale e galleggiabilità degli hotspot a livello globale".

Becker ha osservato che la correlazione non implica la causalità, "ma è piuttosto carino che abbiamo trovato due forti correlazioni, entrambi puntano allo stesso meccanismo fisicamente plausibile:la materia primordiale viene raccolta preferenzialmente dalle risorgive termochimiche più vivaci."

Gli autori volevano anche sapere perché solo il più caldo, la maggior parte dei pennacchi galleggianti campiona alti He-3/4.

"La spiegazione che ci è venuta in mente—che le persone che fanno simulazioni numeriche suggeriscono da molto tempo—è che qualunque cosa sia questo serbatoio con l'elio primitivo, deve essere molto denso in modo che solo il più caldo, la maggior parte dei pennacchi galleggianti può trascinarne una parte in superficie, "Ha detto Jackson. "Questo ha senso e spiega anche come qualcosa di così antico potrebbe sopravvivere nel mantello caoticamente convettivo per 4,5 miliardi di anni. Il contrasto di densità rende più probabile che l'antico serbatoio di elio venga preservato piuttosto che mescolato".

"Poiché questa correlazione tra geochimica e sismologia ora vale dagli isotopi dell'elio in questo lavoro alle composizioni che abbiamo esaminato nel 2012, sembra che le variazioni geochimiche complessive degli hotspot dovranno essere riesaminate dal punto di vista della galleggiabilità, " ha concluso Konter.